Onderzoekers vinden verbeterd proces om afvalhout om te zetten in brandstof

Ethanol wordt meestal geproduceerd door de fermentatie van suikers uit zetmeelrijke grondstoffen zoals maïs, of uit lignocellulosehoudende biomassa, zoals hout of stro. Het is een brandstof die de transportsector CO₂-vrij kan maken. In samenwerking met de Lappeenranta-Lahti University of Technology (LUT) in Finland hebben onderzoekers van de Straubing Campus voor biotechnologie en duurzaamheid van de Technische Universiteit van München (TUM) in Duitsland een nieuw proces ontwikkeld voor de productie van ethanol, aldus de TUM in een persbericht. De bevindingen zijn gepubliceerd in het medium Frontiers in Energy Research.

Om uit afval uit de bosbouw brandstof te maken, is waterstof nodig. Waterstof wordt geproduceerd door middel van elektrolyse. In de toekomst moet hiervoor het overschot aan elektriciteit worden gebruikt. “Het totale proces bestaat hoofdzakelijk uit technisch volgroeide deelprocessen. De samenstelling van de processtappen en de laatste stap – de hydrogenering van azijnzuur om ethanol te produceren – zijn echter nieuw”, legt Daniel Klüh uit, promovendus bij het professoraat Hernieuwbare Energiesystemen op de campus TUM Straubing.

Kosten

De onderzoekers hebben ook de economische haalbaarheid beoordeeld. “De prijzen die we hebben berekend zijn gebaseerd op aannames voor grondstoffen en energie. We gebruiken geen actuele marktprijzen. De berekeningsbasis van onze prijzen voor de componenten in het chemische systeem is het jaar 2020”, vertelt Klüh.

De laagste kosten voor ethanol in de modellering waren 0,65 euro per liter, met biomassakosten van 20 euro per megawattuur, elektriciteitskosten van 45 euro per megawattuur, en een productievolume van ongeveer 42 kiloton ethanol per jaar.

“Met de huidige opties voor de productie van lignocellulose-ethanol zijn de kosten dus concurrerend. De prijs van ethanol is zeer gevoelig voor de elektriciteitskosten en schommelt tussen 0,56 en 0,74 euro per liter”, aldus assistent-professor Kristian Melin van de LUT in Finland.

Een van de redenen voor de hoge winstgevendheid is dat de ethanolopbrengst veel hoger is dan bij het traditionele bio-ethanolproces op basis van vergisting uit stro of hout. Dit proces produceert 1350 tot 1410 liter ethanol, vergeleken met slechts 200 tot 300 liter ethanol voor het traditionele proces per droge ton biomassa.

Productielocaties

Een deel van de studie is gericht op de variabele geografische positionering van productielocaties, waardoor een zekere mate van onafhankelijkheid van leveranciers zou kunnen worden bereikt. “Landen met een groot potentieel aan afvalhout en groene elektriciteit, zoals Finland of zelfs Canada, kunnen dienen als producenten van azijnzuur, dat in de laatste processtap wordt gehydrogeneerd om ethanol te produceren,” legt prof. Tuomas Koiranen van de LUT uit.

“In de toekomst zullen landen als Duitsland hopelijk een groene elektriciteitsmix hebben en in staat zijn om de hydrogenering van azijnzuur tot ethanol op binnenlands niveau uit te voeren. Duitsland beschikt echter niet over het afvalhoutpotentieel voor een grootschalige vergassing van biomassa die nodig is voor de synthese van azijnzuur”, voegt Prof. Matthias Gaderer, hoogleraar aan de TUM, toe.

Omzetting van waterstof in methanol maakt vervoer gemakkelijker

Waterstof staat centraal bij de energietransitie. Het is de bedoeling dat zowel de mobiliteit als de industriële processen duurzaam worden.

Met het gebruik van groene elektriciteit voor de elektrolyse kan dit proces een CO₂-arme brandstof opleveren die het broeikaseffect met 75 procent kan verminderen in vergelijking met een fossiele brandstof zoals benzine. Ethanol kan worden gebruikt in de vorm van zowel E-10 benzine, met 10 procent ethanol in het brandstofmengsel voor gewone auto’s, zoals nu al het geval is, of als ED95, dat voor 95 procent uit ethanol bestaat, als dieselvervanger voor het zware vrachtvervoer.

Met hun processimulatie hebben de wetenschappers het concurrentievermogen van het proces aangetoond. “Om dit product op de markt te brengen, moet de technologische rijpheid nog verder worden verbeterd. De volgende stappen zouden verdere katalysatorontwikkelingen, een reactorontwerp en de bouw en exploitatie van een proefsysteem kunnen inhouden,” aldus Prof. Gaderer.